專利名稱：陀螺儀的讀取電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種傳感元件，且特別是有關(guān)于一種陀螺儀(gyroscope)的讀取電路。
背景技術(shù)：
近年來受惠于智能手機、平板電腦、體感游戲機等相關(guān)3C產(chǎn)品與消費性電子商品熱賣的帶動下，使微機電慣性元件(如加速度計、陀螺儀等)市場需求呈現(xiàn)爆炸性地成長。陀螺儀的設計需求走向數(shù)字輸出以及高精度這兩個方向，因此國際大廠無不紛紛投入大量資源開發(fā)新一代高性價比的數(shù)字慣性傳感器。特別是在加速度計技術(shù)已相對成熟下，數(shù)字角速度計的性價比將決定未來慣性元件市場的競爭力。于傳統(tǒng)陀螺儀電路架構(gòu)中,其科氏加速度計(Coriolis accelerometer)的輸出信號包含了兩種信號，即角速度信號以及與共振器(resonator)的振蕩頻率相同但是相位不同的振蕩信號，因此需要通過解調(diào)的方式才能將科氏加速度輸出中的振蕩信號移除進而得到角速度的輸出。若科氏加速度計與共振器間有雜散電容與電感效應存在，則科氏加速度計輸出信號會受到共振器信號的耦合影響，使得陀螺儀輸出端出現(xiàn)誤差。由于共振器輸出信號與科氏加速度計輸出信號的頻率幾乎相同，無法在讀取電路端使用濾波器濾除共振器的干擾信號。然而，此一干擾是影響陀螺儀輸出準確度一大因素，而此一問題將會是陀螺儀能否在量測角速度上更加準確的重要因素。因此，傳統(tǒng)科氏加速度計輸出信號皆存有共振器信號干擾的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種陀螺儀(gyroscope)的讀取電路，改善共振器信號干擾科氏加速度計輸出信號的問題。本發(fā)明實施例提出一種陀螺儀的讀取電路。讀取電路包括驅(qū)動單元、高通濾波器(high pass filter)、信號處理單元以及低通濾波器(low pass filter)。驅(qū)動單元產(chǎn)生共振信號至陀螺儀的共振器(resonator)，以及產(chǎn)生解調(diào)信號至信號處理單元。高通濾波器的輸入端接收陀螺儀的科氏加速度計(Coriolis accelerometer)的輸出信號。信號處理單元耦接至驅(qū)動單元與高通濾波器。信號處理單元提供調(diào)變信號(modulation signal)至科氏加速度計，以及依據(jù)解調(diào)信號處理與解調(diào)該高通濾波器的輸出而輸出解調(diào)結(jié)果。低通濾波器耦接至信號處理單元，以接收該解調(diào)結(jié)果?；谏鲜?，本發(fā)明實施例在科氏加速度計輸入調(diào)變信號而將科氏加速度計輸出信號調(diào)變至高頻帶，然后利用高通濾波器濾除共振器的噪聲信號。因此，本發(fā)明實施例的讀取電路可以改善共振器信號干擾科氏加速度計輸出信號的問題。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。


圖1是依照本發(fā)明實施例說明一種陀螺儀的讀取電路的電路方塊示意圖。圖2是依照本發(fā)明實施例說明圖1中信號處理單元的電路方塊示意圖。圖3是依照本發(fā)明另一實施例說明圖1中讀取電路的電路方塊示意圖。圖4是依照本發(fā)明實施例說明圖2及/或圖3中積分器的電路示意圖。圖5是依照本發(fā)明又一實施例說明圖1中讀取電路的電路方塊示意圖。圖6是依照本發(fā)明實施例說明圖5中共振器解調(diào)器的電路示意圖。附圖標記說明10:陀螺儀11:共振器12:科氏加速度計100:讀取電路110:驅(qū)動單元120:高通濾波器121、142、420 440:電容130:信號處理單元140:低通濾波器141、R1 R2:電阻210:積分器220:比較器230:閂鎖器240:解調(diào)器250,350,550:調(diào)變信號產(chǎn)生器310:放大器320:鎖相回路330:量化器351、352、450 480、531 534、551 552:開關(guān)360、510:偏壓電阻410,520:放大器530:聞頻解調(diào)器540:共振器解調(diào)器Ml M7:晶體管Sc:調(diào)變信號Sfb:回授信號Sr:共振信號Sr’:解調(diào)信號
具體實施例方式圖1是依照本發(fā)明實施例說明一種陀螺儀10的讀取電路100的電路方塊示意圖。關(guān)于陀螺儀10及其內(nèi)部的共振器(resonator) 11與科氏加速度計(Coriolis accelerometer) 12,其可以任何共振式陀螺儀實現(xiàn)之,包括公知微機電系統(tǒng)(Micro-electromechanical system,MEMS)陀螺儀與未來新形式的陀螺儀。共振式陀螺儀內(nèi)具有質(zhì)量塊，而共振器11依照共振信號Sr使質(zhì)量塊發(fā)生振蕩。外力會使陀螺儀內(nèi)的共振器11產(chǎn)生位移。為使偵測外力的效率發(fā)揮到最大，共振器11 一般而言應操作在共振點，如此可使共振器11產(chǎn)生最大位移與速度。陀螺儀10的科氏加速度計12傳感到的力量為F =-2ηιΩν，其中m是質(zhì)量塊的質(zhì)量，Ω是質(zhì)量塊的角速度，V代表徑向速度。當陀螺儀元件轉(zhuǎn)動時，科氏加速度計12即會傳感到加速度。讀取電路100將科氏加速度計12的輸出經(jīng)過解調(diào)后得到角速度的信號。請參照圖1，讀取電路100包括驅(qū)動單元110、高通濾波器120、信號處理單元130以及低通濾波器140。驅(qū)動單元110產(chǎn)生共振信號Sr至陀螺儀10的共振器11的驅(qū)動端，以及產(chǎn)生解調(diào)信號Sr’至信號處理單元130。解調(diào)信號Sr’的頻率與共振器11振蕩頻率相同但是相位不同，可以作為科氏加速度計輸出的解調(diào)使用。在本實施例中，解調(diào)信號Sr’的相位與驅(qū)動信號Sr的相位相差約為90°。在其他實施例中，驅(qū)動單元110以開回路架構(gòu)(沒有回授路徑)產(chǎn)生共振信號Sr至共振器11。于本實施例中，驅(qū)動單元110更從共振器11的傳感端處接收回授信號Sfb。依據(jù)回授信號Sfb，驅(qū)動單元110可以調(diào)整共振信號Sr的頻率至共振器11的共振頻率。高通濾波器120的輸入端接收科氏加速度計12的輸出信號。信號處理單元130耦接至驅(qū)動單元110與高通濾波器120。信號處理單元130提供調(diào)變信號Sc至科氏加速度計12。為了將角速度信息從科氏加速度計12的輸出信號中分離出來，信號處理單元130依據(jù)解調(diào)信號Sr’處理與解調(diào)高通濾波器120的輸出而輸出解調(diào)結(jié)果，以便將陀螺儀10的角速度信息還原至低頻帶。低通濾波器140耦接至信號處理單元130，以接收信號處理單元130的解調(diào)結(jié)果。低通濾波器140濾除解調(diào)結(jié)果的高頻成份，而輸出低頻的角速度信息。低通濾波器140將陀螺儀10的角速度信息輸出給下一級電路(例如主機處理器)。低通濾波器140可以是類比濾波器或是數(shù)字濾波器。在一些實施例中，若信號處理單元130為類比形式，則低通濾波器140是類比濾波器，則讀取電路100可以依照設計需求而在低通濾波器140后再串接一個類比數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以便將角速度輸出值轉(zhuǎn)為數(shù)字形式。在其他實施例中，若信號處理單元130為三角積分(Sigma-Delta)或者是具有類似功能的電路架構(gòu)，則低通濾波器140是數(shù)字濾波器，讀取電路100無須外加類比數(shù)字轉(zhuǎn)換器。于本實施例中，調(diào)變信號Sc的頻率大于共振信號Sr的頻率。本實施例在科氏加速度計12輸入調(diào)變信號Sc，而將科氏加速度計12的角速度信息調(diào)變至高頻帶。高通濾波器120接收科氏加速度計12的輸出(帶有角速度信息的高頻信號以及來自共振器11的低頻噪聲)，然后濾除共振器11的噪聲信號。因此，本實施例的讀取電路100可以改善共振器11信號干擾科氏加速度計12輸出信號的問題。圖2是依照本發(fā)明實施例說明圖1中信號處理單元130的電路方塊示意圖。圖2所示實施例可以參照圖1的相關(guān)說明。于圖2所示實施例中，信號處理單元130包括積分器(Integrator) 210、比較器220、閂鎖器230、解調(diào)器(demodulator) 240以及調(diào)變信號產(chǎn)生器250等單元所構(gòu)成的三角積分調(diào)變器(Sigma-Delta Modulator, SDM)。調(diào)變信號產(chǎn)生器250耦接至科氏加速度計12，以提供三角積分調(diào)變器所需要的調(diào)變信號Sc，此信號可以將角速度信息加載至調(diào)變信號Sc。此時,科氏加速度計12的輸出信號主要有兩個成分,一為載有角速度與共振器共振信息的調(diào)變信號的部分，另一為共振器11的共振頻率的噪聲率禹合信號。在其他實施例中，調(diào)變信號產(chǎn)生器250可以提供固定頻率/相位的高頻時脈信號作為調(diào)變信號Sc。于本實施例中，例如,調(diào)變信號產(chǎn)生器250包括第一電壓源、第二電壓源以及開關(guān)251。第一電壓源提供第一參考電壓VrefA。第二電壓源提供第二參考電壓VrefA, 0其中，第一參考電壓VrefA與第二參考電壓VrefA’的準位不同。開關(guān)251的第一選擇端耦接第一電壓源，以接收第一參考電壓VrefA。開關(guān)251的第二選擇端耦接第二電壓源，以接收第二參考電壓VrefA’。開關(guān)251的共同端耦接至科氏加速度計12。其中，開關(guān)251依據(jù)閂鎖器230的輸出，而選擇第一參考電壓VrefA或第二參考電壓VrefA’提供給科氏加速度計12作為調(diào)變信號Sc。請參照圖2，積分器210的輸入端耦接至高通濾波器120的輸出端。比較器220的輸入端耦接至積分器210的輸出端。閂鎖器230的輸入端耦接至比較器220的輸出端，以接收并依照時脈CLK閂鎖比較器220的輸出。比較器220比較積分器210的輸出與臨界值的大小，并輸出比較結(jié)果。閂鎖器230閂鎖比較器220的比較結(jié)果。因此，比較器220與閂鎖器230可以量化(quantization，或數(shù)字化)積分器210的類比輸出，而提供數(shù)字的信號給解調(diào)器240。解調(diào)器240的第一輸入端耦接至閂鎖器230的輸出端。解調(diào)器240的第二輸入端耦接至驅(qū)動單元110，以接收解調(diào)信號Sr’。解調(diào)器240可以將科氏加速度計12輸出信號中的共振信號移除。于本實施例中，例如，解調(diào)器240可以是互斥或閘(exclusive-OR gate)。解調(diào)器240的輸出端輸出數(shù)字的解調(diào)結(jié)果給低通濾波器140。低通濾波器140可以是數(shù)字濾波器。低通濾波器140可以將三角積分電路中調(diào)變信號成分濾除，而輸出低頻的角速度信息。綜上所述，本實施例利用調(diào)變信號Sc將科氏加速度計12的角速度信息調(diào)變至高頻帶。因此，科氏加速度計12的輸出可能具有來自共振器11的低頻噪聲成份以及帶有角速度與共振器震蕩信息的高頻信號。高通濾波器120可以濾除其中低頻噪聲成份，以及將帶有角速度與共振器震蕩信息的高頻信號傳送給信號處理單元130，再通過Sr’解調(diào)后即可以得到角速度信號。因此，本實施例具有阻隔共振器11雜散信號的功能。另外，積分器210可以是交換式積分器(Switched-capacitor integrator)或是其他積分電路。積分器210可以將科氏加速度計12的輸出信號轉(zhuǎn)為不歸零(not return to zero,NRZ)信號。如此，本實施例的讀取電路100的信號處理單元130與低通濾波器140可以用數(shù)字的方式進行解調(diào)與濾波，并輸出數(shù)字信號。因此，本實施例的讀取電路100無需額外配置類比數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。圖3是依照本發(fā)明另一實施例說明圖1中讀取電路100的電路方塊示意圖。圖3中繪示了陀螺儀10中共振器11與科氏加速度計12的等效電路。然而，陀螺儀10的實作方式并不以此為限。圖3所示實施例可以參照圖1與圖2的相關(guān)說明。于圖3所示實施例中，驅(qū)動單元110包括放大器(Amplifier) 310以及鎖相回路(phase locked loop, PLL)320。其中放大器310可能包含自動增益控制電路(Auto Gain Control, ACG)的功能。放大器310的第一輸入端(例如非反相輸入端)與第二輸入端(例如反相輸入端)分別耦接至共振器11的第一傳感端與第二傳感端。放大器310的第一輸出端(例如非反相輸出端)與第二輸出端(例如反相輸出端)分別耦接至共振器11的第一驅(qū)動端與第二驅(qū)動端，以提供共振信號Sr。鎖相回路320的第一輸入端與第二輸入端分別稱接至放大器310的第一輸出端與第二輸出端。鎖相回路320的輸出端提供解調(diào)信號Sr’至信號處理單元130。于圖3所示實施例中，陀螺儀10的讀取電路更包括偏壓電阻(biasresistor) 360。偏壓電阻360的第一端稱接至高通濾波器120的輸入端,而偏壓電阻360的第二端耦接參考電壓VP。偏壓電阻360與參考電壓VP可以提供預設的直流準位。上述高通濾波器120包括電容121。電容121的第一端作為高通濾波器120的輸入端。電容121的第二端作為高通濾波器120的輸出端。在其他實施例中，高通濾波器120的實現(xiàn)方式不以圖3所示實施例為限。于圖3所示實施例中，信號處理單元130包括積分器210、量化器(quantizer) 330、解調(diào)器240以及調(diào)變信號產(chǎn)生器350。積分器210的輸入端耦接至高通濾波器120的輸出端。量化器330的輸入端耦接至積分器210的輸出端。量化器330量化積分器210的輸出，并輸出調(diào)變信號產(chǎn)生器350的控制信號，以決定調(diào)變信號Scl與Sc2的頻率。解調(diào)器240的第一輸入端耦接至量化器330的輸出端。解調(diào)器240的第二輸入端耦接至驅(qū)動單元110，以接收解調(diào)信號Sr’。解調(diào)器240的輸出端輸出解調(diào)結(jié)果給低通濾波器140。調(diào)變信號產(chǎn)生器350耦接至科氏加速度計12，以提供調(diào)變信號Scl與Sc2。于本實施例中，調(diào)變信號產(chǎn)生器350包括電壓源、第一開關(guān)351以及第二開關(guān)352。電壓源可以提供第一參考電壓VrefA、第二參考電壓VrefA’、第三參考電壓VrefB與第四參考電壓VrefB’。其中，第一參考電壓VrefA與第二參考電壓VrefA’的準位不同，第三參考電壓VrefB與第四參考電壓VrefB’的準位不同。第一開關(guān)351的第一選擇端接收第一參考電壓VrefA。第一開關(guān)351的第二選擇端接收第二參考電壓VrefA’。第一開關(guān)351的共同端耦接至科氏加速度計12的第一載波輸入端。其中，第一開關(guān)351依據(jù)量化器330的輸出，而選擇將第一參考電壓VrefA或第二參考電壓VrefA’輸出給科氏加速度計12的第一載波輸入端作為調(diào)變信號Scl。第二開關(guān)352的第一選擇端接收第二參考電壓VrefB。第二開關(guān)352的第二選擇端接收第二反相參考電壓VrefB’。第二開關(guān)352的共同端耦接至科氏加速度計12的第二載波輸入端。其中，第二開關(guān)352依據(jù)量化器330的輸出，而選擇將第二參考電壓VrefB或第二反相參考電壓VrefB’輸出給科氏加速度計12的第二載波輸入端作為調(diào)變信號Sc2。上述圖2及/或圖3所述積分器210可以是任何形式的積分電路。例如，圖4是依照本發(fā)明實施例說明圖2及/或圖3中積分器210的電路示意圖。積分器210包括放大器410、第一電容420、第二電容430、第三電容440、第一開關(guān)450、第二開關(guān)460、第三開關(guān)470以及第四開關(guān)480。放大器410可以是運算放大器或是其他類型的放大電路。放大器410的第一輸入端(例如非反相輸入端)作為積分器210的輸入端，以耦接至高通濾波器120。第一電容420的第一端耦接至共模電壓Vcm。第一電容420的第二端耦接至放大器410的第二輸入端(例如反相輸入端)。第二電容430的第一端稱接至放大器410的第一輸入端。第三電容440的第一端耦接至放大器410的第二輸入端。第二電容430與第三電容440的第二端作為積分器210的輸出端，以耦接至量化器330。第一開關(guān)450的第一端稱接至第二電容430的第一端。第一開關(guān)450的第二端率禹接至放大器410的第一輸出端(例如反相輸出端)。第二開關(guān)460的第一端耦接至第二電容430的第二端。第二開關(guān)460的第二端耦接至放大器410的第一輸出端。第三開關(guān)470的第一端耦接至第三電容440的第一端。第三開關(guān)470的第二端耦接至放大器410的第二輸出端(例如非反相輸出端)。第四開關(guān)480的第一端耦接至第三電容440的第二端。第四開關(guān)480的第二端耦接至放大器410的第二輸出端。其中，第一開關(guān)450與第三開關(guān)470受控于時脈信號CLK,而第二開關(guān)460與第四開關(guān)480受控于反相時脈信號CLKB,如圖4所
/Jn ο圖5是依照本發(fā)明又一實施例說明圖1中讀取電路100的電路方塊示意圖。于圖5所示實施例中，信號處理單元130包括放大器520、偏壓電阻510、高頻解調(diào)器(highfrequency demodulator) 530、共振器解調(diào)器(resonator demodulator) 540 以及調(diào)變信號產(chǎn)生器550。放大器520的輸入端耦接至高通濾波器120的輸出端。偏壓電阻510的第一端耦接至放大器520的輸入端。偏壓電阻510的第二端耦接參考電壓，例如接地電壓或是其他固定電壓。偏壓電阻510可以在放大器520的輸入端提供預設的直流準位。高頻解調(diào)器530的第一輸入端與第二輸入端分別耦接至放大器520的第一輸出端與第二輸出端。共振器解調(diào)器540的第一輸入端與第二輸入端分別耦接至高頻解調(diào)器530的第一輸出端與第二輸出端。共振器解調(diào)器540接收并依據(jù)解調(diào)信號Sr’解調(diào)高頻解調(diào)器530的輸出，以提供該解調(diào)結(jié)果給低通濾波器140。調(diào)變信號產(chǎn)生器550耦接至科氏加速度計12，以提供調(diào)變信號Scl與Sc2。于本實施例中，調(diào)變信號產(chǎn)生器550包括第一電壓源、第二電壓源、第一開關(guān)551以及第二開關(guān)552。第一電壓源提供第一參考電壓VrefA。第二電壓源提供第二參考電壓VrefB。第一開關(guān)551的第一選擇端接收第一參考電壓VrefA。第一開關(guān)551的第二選擇端接收第二參考電壓VrefB。第一開關(guān)551的共同端稱接至科氏加速度計12的第一載波輸入端。其中,第一開關(guān)551依據(jù)時脈信號CL而選擇將第一參考電壓VrefA或第二參考電壓VrefB輸出給科氏加速度計12的第一載波輸入端。第二開關(guān)552的第一選擇端接收第一參考電壓VrefA。第二開關(guān)552的第二選擇端接收第二參考電壓VrefB。第二開關(guān)552的共同端耦接至科氏加速度計12的第二載波輸入端。其中，第二開關(guān)552依據(jù)時脈信號CL而選擇將第一參考電壓VrefA或第二參考電壓VrefB輸出給科氏加速度計12的第二載波輸入端。高頻解調(diào)器530包括第一開關(guān)531、第二開關(guān)532、第三開關(guān)533以及第四開關(guān)534。第一開關(guān)531的第一端稱接至放大器520的第一輸出端。第一開關(guān)531的第二端率禹接至共振器解調(diào)器540的第一輸入端。第二開關(guān)532的第一端耦接至放大器520的第二輸出端。第二開關(guān)532的第二端耦接至共振器解調(diào)器540的第二輸入端。第三開關(guān)533的第一端耦接至放大器520的第一輸出端。第三開關(guān)533的第二端耦接至共振器解調(diào)器540的第二輸入端。第四開關(guān)534的第一端耦接至放大器520的第二輸出端。第四開關(guān)534的第二端耦接至共振器解調(diào)器540的第一輸入端。其中，第一開關(guān)531與第二開關(guān)532受控于時脈信號CL，而第三開關(guān)533以及第四開關(guān)534受控于反相時脈信號CLB。因此，當?shù)谝婚_關(guān)531與第二開關(guān)532為導通時，第三開關(guān)533與第四開關(guān)534為截止。反之，當?shù)谝婚_關(guān)531與第二開關(guān)532為截止時,第三開關(guān)533與第四開關(guān)534為導通。
于本實施例中，低通濾波器140包括電阻141以及電容142。電阻141的第一端作為低通濾波器140的輸入端。電阻141的第二端作為低通濾波器140的輸出端。電容142的第一端耦接至電阻141的第二端。電容142的第二端耦接至參考電壓，例如接地電壓或是其他固定電壓。上述共振器解調(diào)器540的實現(xiàn)方式可以參照圖6的說明。圖6是依照本發(fā)明實施例說明圖5中共振器解調(diào)器540的電路示意圖。共振器解調(diào)器540包括第一電阻R1、第二電阻R2、第一晶體管Ml、第二晶體管M2、第三晶體管M3、第四晶體管M4、第五晶體管M5、第六晶體管M6以及第七晶體管M7。第一電阻Rl與第二電阻R2的第一端耦接第一電壓，例如系統(tǒng)電壓VDD。第一電阻Rl與/或第二電阻R2的第二端作為共振器解調(diào)器540的輸出端，以耦接至低通濾波器140。第一晶體管Ml的第一端(例如汲極)耦接至第一電阻Rl的第二端。第二晶體管M2的第一端(例如汲極)耦接至第二電阻R2的第二端。第二晶體管M2的第二端(例如源極)耦接至第一晶體管Ml的第二端(例如源極)。第三晶體管M3的第一端(例如汲極)耦接至第一電阻Rl的第二端。第四晶體管M4的第一端(例如汲極)耦接至該第二電阻R2的第二端。第四晶體管M4的第二端(例如源極)耦接至該第三晶體管M3的第二端(例如源極)。其中，第一晶體管Ml與第四晶體管M4的控制端(例如閘極)接收解調(diào)信號Sr’的第一端信號，而第二晶體管M2與第三晶體管M3的控制端(例如閘極)接收解調(diào)信號Sr’的第二端信號。第五晶體管M5的第一端(例如汲極)耦接至第一晶體管Ml與第二晶體管M2的第二端。第六晶體管M6的第一端(例如汲極)耦接至第三晶體管M3與第四晶體管M4的第二端。第六晶體管M6的第二端(例如源極)耦接至第五晶體管M5的第二端(例如源極)。第五晶體管的控制端(例如閘極)耦接至高頻解調(diào)器530的第一輸出端，而第六晶體管M6的控制端(例如源極)耦接至高頻解調(diào)器530的第二輸出端。第七晶體管M7的第一端(例如汲極)耦接至第五晶體管M5與第六晶體管M6的第二端。第七晶體管M7的控制端(例如閘極)耦接至偏壓電壓VB。偏壓電壓VB需視實際設計需求來決定。第七晶體管M7的第二端耦接參考電壓，例如接地電壓VSS。綜上所述，上述諸實施例在科氏加速度計12輸入調(diào)變信號Sc，而將科氏加速度計12輸出信號調(diào)變至高頻帶，然后利用高通濾波器120濾除共振器11的噪聲信號。因此，上述諸實施例中陀螺儀10的讀取電路可以改善共振器11信號干擾科氏加速度計12輸出信號的問題。雖然本發(fā)明已以實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準。
權(quán)利要求
1.一種陀螺儀的讀取電路，包括: 驅(qū)動單元，產(chǎn)生共振信號至陀螺儀的共振器，以及產(chǎn)生解調(diào)信號； 高通濾波器，其輸入端接收該陀螺儀的科氏加速度計的輸出； 信號處理單元，耦接至該驅(qū)動單元與該高通濾波器，該信號處理單元提供調(diào)變信號至該科氏加速度計，以及依據(jù)該解調(diào)信號處理與解調(diào)該高通濾波器的輸出而輸出解調(diào)結(jié)果；以及 低通濾波器，耦接至該信號處理單元以接收該解調(diào)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該驅(qū)動信號與該解調(diào)信號的頻率相同，且該驅(qū)動信號與該解調(diào)信號的相位不同。
3.如權(quán)利要求1所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該調(diào)變信號的頻率大于該共振信號的頻率。
4.如權(quán)利要求1所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，更包括: 偏壓電阻，其第一端耦接至該高通濾波器的輸入端，該偏壓電阻的第二端耦接參考電壓。
5.如權(quán)利要求1所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該高通濾波器包括: 電容，其第一端作 為該高通濾波器的輸入端，該電容的第二端作為該高通濾波器的輸出端。
6.如權(quán)利要求1所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該低通濾波器包括: 電阻，其第一端作為該低通濾波器的輸入端，該電阻的第二端作為該低通濾波器的輸出端；以及 電容，其第一端耦接至該電阻的第二端，該電容的第二端耦接至參考電壓。
7.如權(quán)利要求1所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該驅(qū)動單元包括: 放大器，其第一輸入端與第二輸入端分別耦接至該共振器的第一傳感端與第二傳感端，該放大器的第一輸出端與第二輸出端分別耦接至該共振器的第一驅(qū)動端與第二驅(qū)動端以提供該共振信號；以及 鎖相回路，其第一輸入端與第二輸入端分別耦接至該放大器的第一輸出端與第二輸出端，該鎖相回路的輸出端提供該解調(diào)信號至該信號處理單元。
8.如權(quán)利要求1所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該信號處理單元包括: 積分器，其輸入端耦接至該高通濾波器的輸出端； 比較器，其輸入端耦接至該積分器的輸出端，以及比較該積分器的輸出與臨界值；閂鎖器，其輸入端耦接至該比較器的輸出端，以及依照時脈閂鎖該比較器的輸出；解調(diào)器，其第一輸入端耦接至該R鎖器的輸出端，該解調(diào)器的第二輸入端耦接至該驅(qū)動單元以接收該解調(diào)信號，該解調(diào)器的輸出端輸出該解調(diào)結(jié)果；以及調(diào)變信號產(chǎn)生器，耦接至該科氏加速度計以提供該調(diào)變信號。
9.如權(quán)利要求8所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該調(diào)變信號產(chǎn)生器包括: 第一電壓源，提供第一參考電壓； 第二電壓源，提供第二參考電壓；以及 開關(guān)，其第一選擇端耦接該第一電壓源，該開關(guān)的第二選擇端耦接該第二電壓源，該開關(guān)的共同端耦接至該科氏加速度計，其中該開關(guān)依據(jù)該閂鎖器的輸出而選擇該第一參考電壓或該第二參考電壓作為該調(diào)變信號以提供給該科氏加速度計。
10.如權(quán)利要求1所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該信號處理單元包括: 積分器，其輸入端耦接至該高通濾波器的輸出端； 量化器，其輸入端耦接至該積分器的輸出端，以及量化該積分器的輸出； 解調(diào)器，其第一輸入端耦接至該量化器的輸出端，該解調(diào)器的第二輸入端耦接至該驅(qū)動單元以接收該解調(diào)信號，該解調(diào)器的輸出端輸出該解調(diào)結(jié)果；以及調(diào)變信號產(chǎn)生器，耦接至該科氏加速度計以提供該調(diào)變信號。
11.如權(quán)利要求10所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該調(diào)變信號產(chǎn)生器包括: 電壓源，提供第一參考電壓、第二參考電壓、第三參考電壓與第四參考電壓； 第一開關(guān)，其第一選擇端接收該第一參考電壓，該第一開關(guān)的第二選擇端接收該第二參考電壓，該第一開關(guān)的共同端稱接至該科氏加速度計的第一載波輸入端，其中該第一開關(guān)依據(jù)該量化器的輸出而選擇將該第一參考電壓或該第二參考電壓輸出給該科氏加速度計的第一載波輸入端；以及 第二開關(guān)，其第一選擇端接收該第三參考電壓，該第二開關(guān)的第二選擇端接收該第四參考電壓，該第二開關(guān)的共同端耦接至該科氏加速度計的第二載波輸入端，其中該第二開關(guān)依據(jù)該量化器的輸出而選擇將該第三參考電壓或該第四參考電壓輸出給該科氏加速度計的第二載波輸入端 。
12.如權(quán)利要求10所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該積分器包括: 放大器，其第一輸入端作為該積分器的輸入端； 第一電容，其第一端耦接至共模電壓，該第一電容的第二端耦接至該放大器的第二輸入端; 第二電容，其第一端耦接至該放大器的第一輸入端； 第三電容，其第一端耦接至該放大器的第二輸入端，其中該第二電容與該第三電容的第二端作為該積分器的輸出端； 第一開關(guān)，其第一端耦接至該第二電容的第一端，該第一開關(guān)的第二端耦接至該放大器的第一輸出端； 第二開關(guān)，其第一端耦接至該第二電容的第二端，該第二開關(guān)的第二端耦接至該放大器的第一輸出端； 第三開關(guān)，其第一端耦接至該第三電容的第一端，該第三開關(guān)的第二端耦接至該放大器的第二輸出端；以及 第四開關(guān)，其第一端耦接至該第三電容的第二端，該第四開關(guān)的第二端耦接至該放大器的第二輸出端。
13.如權(quán)利要求1所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該信號處理單元包括: 放大器，其輸入端耦接至該高通濾波器的輸出端； 高頻解調(diào)器，其第一輸入端與第二輸入端分別耦接至該放大器的第一輸出端與第二輸出端； 共振器解調(diào)器，其第一輸入端與第二輸入端分別耦接至該高頻解調(diào)器的第一輸出端與第二輸出端，該共振器解調(diào)器接收并依據(jù)該解調(diào)信號解調(diào)該高頻解調(diào)器的輸出以提供該解調(diào)結(jié)果給該低通濾波器；以及調(diào)變信號產(chǎn)生器，耦接至該科氏加速度計以提供該調(diào)變信號。
14.如權(quán)利要求13所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該信號處理單元更包括: 偏壓電阻，其第一端耦接至該放大器的輸入端，該偏壓電阻的第二端耦接參考電壓。
15.如權(quán)利要求13所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該調(diào)變信號產(chǎn)生器包括: 第一電壓源，提供第一參考電壓； 第二電壓源，提供第二參考電壓； 第一開關(guān)，其第一選擇端接收該第一參考電壓，該第一開關(guān)的第二選擇端接收該第二參考電壓，該第一開關(guān)的共同端稱接至該科氏加速度計的第一載波輸入端，其中該第一開關(guān)依據(jù)一時脈信號而選擇將該第一參考電壓或該第二參考電壓輸出給該科氏加速度計的第一載波輸入端；以及 第二開關(guān)，其第一選擇端接收該第一參考電壓，該第二開關(guān)的第二選擇端接收該第二參考電壓，該第二開關(guān)的共同端耦接至該科氏加速度計的第二載波輸入端，其中該第二開關(guān)依據(jù)該時脈信號而選擇將該第一參考電壓或該第二參考電壓輸出給該科氏加速度計的第二載波輸入端。
16.如權(quán)利要求13所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該高頻解調(diào)器包括: 第一開關(guān)，其第一端耦接至該放大器的第一輸出端，該第一開關(guān)的第二端耦接至該共振器解調(diào)器的第一輸入端； 第二開關(guān)，其第一端耦接至該放大器的第二輸出端，該第二開關(guān)的第二端耦接至該共振器解調(diào)器的第二輸入端； 第三開關(guān)，其第一端耦接至該放大器的第一輸出端，該第三開關(guān)的第二端耦接至該共振器解調(diào)器的第二輸入端；以及 第四開關(guān)，其第一端耦接至該放大器的第二輸出端，該第四開關(guān)的第二端耦接至該共振器解調(diào)器的第一輸入端。
17.如權(quán)利要求13所述陀螺儀的讀取電路，其特征在于，該共振器解調(diào)器包括: 第一電阻，其第一端稱接第一電壓； 第二電阻，其第一端耦接該第一電壓； 第一晶體管，其第一端耦接至該第一電阻的第二端，該第一晶體管的控制端接收該解調(diào)信號的第一端信號； 第二晶體管，其第一端耦接至該第二電阻的第二端，該第二晶體管的第二端耦接至該第一晶體管的第二端，該第二晶體管的控制端接收該解調(diào)信號的第二端信號； 第三晶體管，其第一端耦接至該第一電阻的第二端，該第三晶體管的控制端接收該解調(diào)信號的第二端信號； 第四晶體管，其第一端耦接至該第二電阻的第二端，該第四晶體管的第二端耦接至該第三晶體管的第二端，該第四晶體管的控制端接收該解調(diào)信號的第一端信號； 第五晶體管，其第一端耦接至該第一晶體管與該第二晶體管的第二端，該第五晶體管的控制端耦接至該高頻解調(diào)器的第一輸出端； 第六晶體管，其第一端耦接至該第三晶體管與該第四晶體管的第二端，該第六晶體管的第二端耦接至該第五晶體管的第二端，該第六晶體管的控制端耦接至該高頻解調(diào)器的第二輸出端；以及第七晶體管，其第一端耦接至該第五晶體管與該第六晶體管的第二端，該第七晶體管的第二端耦接參考電壓， 該第七晶體管的控制端耦接至偏壓電壓。
全文摘要
一種陀螺儀的讀取電路，包括驅(qū)動單元、高通濾波器、信號處理單元以及低通濾波器。驅(qū)動單元產(chǎn)生共振信號至陀螺儀的共振器，以及產(chǎn)生解調(diào)信號至信號處理單元。信號處理單元提供調(diào)變信號至陀螺儀的科氏加速度計。高通濾波器的輸入端接收科氏加速度計的輸出信號。信號處理單元依據(jù)解調(diào)信號處理與解調(diào)該高通濾波器的輸出，而輸出解調(diào)結(jié)果給低通濾波器。
文檔編號G01C19/5776GK103175522SQ20121003455
公開日2013年6月26日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者許郁文, 邱勝任, 廖律普, 林式庭 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院